Главные проекты LHC ЦЕРН, в которых участвует ОФВЭ ПИЯФ:
Новый этап в физике высоких энергий связан с созданием в ЦЕРНе коллайдера (LHC) для протон-протонных столкновений (6,5ТэВ+6,5ТэВ). LHC был запущен в 2009 году.
ОФВЭ участвовал в создании всех четырех основных детекторов для LHC: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb. Физики ОФВЭ участвуют в наборе и анализе данных коллайдера LHC.
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в экспериметах LHC смотрите в сборнике
"Участие в подготовке и проведении экспериментов на LHC" - 2009 год (в формате .pdf = 5 Mb)
и в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018. Основные направления научной деятельности" - страницы 22-133.
(в формате .pdf = 45 Mb)
Руководитель группы ПИЯФ: А.А.Воробьев, В.Т.Ким, Ю.М.Иванов
CMS – многоцелевой коллайдерный детектор для LHC. ОФВЭ принимал участие в создании торцевой мюонной системы детектора CMS. В ПИЯФ было изготовлено 120 шести – слойных мюонных камер, содержащих 500 000 анодных нитей. ОФВЭ был также вовлечен в создание камерной электроники, многоканальной высоковольтной системы, системы мюонного триггера.
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте CMS в статье
"Эксперимент CMS" в сборнике " Участие в подготовке и проведении экспериментов на LHC" - страница 6)
и в статье "Эксперимент CMS на LHC" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 22-31).
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: О.Л.Федин
В эксперименте АТЛАС, который проходит на Большом адронном коллайдере (БАК) в Центре Европейских Ядерных Исследований, проводятся исследования по наиболее актуальным направлениям физики элементарных частиц. К ним относятся как прецизионные измерения параметров Стандартной модели (СМ), так и поиски т.н. “новой физики”, т.е. явлений, которые не описывает Стандартная модель. В частности, в эксперименте изучаются свойства бозона Хиггса, кванта поля Хиггса, которое придает массу калибровочным бозонам (W и Z) кваркам и лептонам, а также исследуются свойства самой тяжелой из всех открытых к настоящему времени частиц – топ кварка. В рамках поиска “новой физики” проводятся исследования по поиску суперсимметричных частиц (SUSY), частиц из расширенного хиггсовского сектора, которые предсказываются некоторыми расширениями Стандартной модели (2HDM, HTM), темной материи и частиц предсказываемых моделями с дополнительными размерностями (т.н. “extra dimensions”), например RS-гравитона, квантовых черных дыр и др. Детектор ATLAS является самой крупной экспериментальной установкой на БАК. В эксперименте ATLAS принимает участие более 3000 физиков из 38 стран.
Сотрудники ОФВЭ ПИЯФ принимают активное участие в физической программе эксперимента ATLAS по следующим направлениям: поиск частиц темной материи, поиск новых тяжелых бозонов Хиггса и невидимых каналов распада бозона Хиггса СМ, исследование свойств t-кварка, изучение Бозе-Эйнштейн корреляции. При участии сотрудников ОФВЭ был получен ряд важных физических результатов.
ОФВЭ ПИЯФ внес существенный вклад в создание и модернизацию экспериментальной установки АТЛАС. На этапе создания экспериментальной установки ATLAS сотрудники Лаборатории адронной физики ОФВЭ участвовали в разработке и сборке детектора переходного излучения (Transition Radiation Tracker, TRT). Детектор TRT предназначен для регистрации треков заряженных частиц, измерения их импульсов и идентификации электронов. В настоящее время сотрудники Лаборатории адронной физики участвуют в модернизации передней части мюонного спектрометра детектора ATLAS (New Small Wheels, NSW). В рамках второй фазы модернизации детектора ATLAS (2024-2026 гг.) ЛАФ ОФВЭ участвует в создании системы охлаждения для нового полупроводникового трекера (Inner Tracker, ITK).
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте ATLAS в статье "Эксперимент ATLAS"
в сборнике "Участие в подготовке и проведении экспериментов на LHC" - страница 15) и в статье
"Эксперимент ATLAS на LHC" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 32-39). Также информация об исследованиях, проводимых в эксперименте АТЛАС, представлена в пресс релизах на сайте ОФВЭ и на странице сайта Лаборатории адронной физики.
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: А.А.Воробьев
Основной целью эксперимента LHCb, проводящегося на Большом адронном коллайдере (БАК), является изучение свойств элементарных частиц, содержащих тяжёлые (b, c) кварки. Экспериментальная установка оптимизирована для изучения именно этих частиц, которые, в силу особенности механизма их рождения во взаимодействиях протонов высоких энергий, вылетают преимущественно под небольшими углами. Изучая прелестные и очарованные частицы, можно исследовать физику слабого взаимодействия, проверить многие аспекты сильного взаимодействия, провести поиск новых субатомных частиц. Важным направлением исследований LHCb является изучение известных эффектов нарушения CP-инвариантности, а также поиск новых источников этого нарушения. Изучение редких распадов b- и с-адронов позволяет косвенным образом протестировать Стандартной Модели на наличие возможных расширений, таких как SUSY (Суперсимметричное расширение СМ).
Приборным вкладом Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ в эксперимент LHCb стала разработка и создание Мюонной системы детектора. Сотрудники ОФВЭ предложили концепцию и разработали мюонную систему, получившую одобрение коллаборации. Всего в стенах Отделения было изготовлено 600 четырёхслойных мюонных камер. В настоящее время физики ОФВЭ занимаются модернизацией детектора мюонов, чтобы обеспечить её стабильную работу в условиях высокой светимости.
Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте LHCb в статье "Эксперимент LHCb"
в сборнике " Участие в подготовке и проведении экспериментов на LHC" - страница 24)
и в статье "Эксперимент LHCb на LHC" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 40-48).
Подробнее о последних исследованиях LHCb можно узнать из публикаций эксперимента, а также из заметок на сайте Института.
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: В.М.Самсонов
Согласно современным представлениям в первые микросекунды после Большого Взрыва температура Вселенной (более 200 МэВ) превышала температуру в центре Солнца
(ТС ≈107 градусов Кельвина) более, чем в 100000 раз. При столь высокой температуре материя во Вселенной состояла из глюонов и практически безмассовых кварков, кварк-глюонной плазмы. В процессе расширения и остывания, при некотором критическом значении ТK в кварк-глюонной плазме происходят фазовые переходы – спонтанное нарушение киральной симметрии и конфайнмент, в результате которых кварки приобретают динамическую массу и вместе с глюонами оказываются плененными внутри массивных адронов – нуклонов и мезонов.
В лабораторных условиях в микрообъеме, сравнимом с объемом тяжелого ядра, аналог Большого Взрыва, формирование кварк-глюонной плазмы и ее эволюцию можно исследовать в центральных столкновениях ультрарелятивистских тяжелых ионов. С этой целью были построены уникальные детекторы STAR и PHENIX на коллайдере Релятивистских Тяжелых Ионов (RHIC, США) и детектор ALICE на Большом Адронном Коллайдере (LHC, ЦЕРН)...
Участие ПИЯФ в эксперименте ALICE не ограничивается созданием, эксплуатацией и обслуживанием детекторных систем. Сотрудники ПИЯФ активно участвуют в наборе данных, их анализе и физической интерпретации. Наиболее важными направлениями исследований, выполняемых сотрудниками ПИЯФ в эксперименте ALICE, являются изучение адронной фазы в столкновениях ультрарелятивистских ядер и исследование глюонных плотностей в области малых х при ультрапериферическом протон-ионном и ион-ионном столкновениях.
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте ALICE в статье "Эксперимент ALICE" в сборнике " Участие в подготовке и проведении экспериментов на LHC" - страница 34) и в статье
"Эксперимент ALICE на LHC" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 49-57).
Подробнее о последних исследованиях ALICE можно узнать из файла " ALICE_v1.pdf".
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: Ю.М.Иванов
"Эксперимент UA9 на LHC" - статья "COLLIMATION OF THE LARGE HADRON COLLIDER BEAMS WITH CRYSTALS" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 124-133).
В эксперименте UA9 доказана возможность уменьшения гало протонных пучков в LHC с использованием кристалл-оптики, разработанной в ПИЯФ (pdf) и ИФВЭ. Это может иметь большое значение при планируемом увеличении светимости LHC. Принято решение установить опытную коллимационную станцию непосредственно в кольце LHC.
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте UA9 в статье на 22 стр. в газете "Гатчинская правда", "От физики ядра и частиц до получения пучков сверхвысоких энергий – история лаборатории")
Новости из ЦЕРН: "Кристалл чистит пучок LHC" . 
Руководитель группы ПИЯФ: В.Т.Ким
C 2015 г. ОФВЭ НИЦ КИ — ПИЯФ принимает активное участие в подготовке эксперимента SHiP (Search for Hidden Particles) по поиску нейтральных слабовзаимодействующих лептонов, которые могут являться частицами темной материи, на пучке модернизированного ускорителя SPS в ЦЕРН. Спектрометрический трековый детектор эксперимента SHiP (SHiP spectrometer tracker, SST-трекер) является одним из ключевых поддетекторов и предназначен для измерения импульса и координат вершины распада новых частиц - кандидатов на роль темной материи. Измерение координат треков заряженных дочерних частиц предполагается осуществлять с помощью тонкостенных дрейфовых трубок (straw).
Группой ПИЯФ активно ведется разработка конструкции центрального трекера SST, его считывающей электроники, в изучении характеристик прототипов дрейфовых трубок и разработка технологии их изготовления, а также разработка программного обеспечения реалистичного моделирования сигналов детектора.
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте SHiP в статье "SHiP: SEARCH FOR HIDDEN PARTICLES" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 326-336).
Руководитель группы ПИЯФ: В.Г.Рябов
Проект NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) является одним из нескольких мега-сайнс проектов в Российской Федерации, который в настоящее время реализуется в ОИЯИ, Дубна. Также NICA входит в национальный проект «Наука» и является одним из приоритетных направлений развития науки в России. Проект NICA включает в себя создание коллайдера тяжелых ионов и нескольких экспериментальных установок. Одна из установок – эксперимент BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron) на выведенном пучке с фиксированной мишенью предназначен для изучения столкновений тяжелых ионов в области энергий до √SNN = 3 ГэВ. Две другие экспериментальныe установки предназначены для изучения столкновений встречных пучков в коллайдере NICA. Эксперимент MPD (Multi-Purpose Detector) предназначен для изучения физики столкновений релятивистских тяжелых ядер при энергиях √SNN = 4-11 ГэВ. В свою очередь эксперимент SPD (Spin Physics Detector) будет изучать столкновения поляризованных пучков протонов и дейтерия в области энергий до √SNN = 27 ГэВ.
Исторически, изучение столкновений тяжелых ионов на пучках началось с малых энергий порядка 1 ГэВ на ускорителе Bevalac (США), затем продолжилось при энергиях ~ 5 ГэВ и ~ 20 ГэВ на синхротронах AGS (США) и SPS (ЦЕРН). Существенный прогресс был достигнут при переходе от экспериментов на фиксированной мишени к коллайдерам. Первым в мире коллайдером для изучения столкновений тяжёлых ионов стал RHIC (США), что позволило повысить энергию взаимодействия ядер до 200 ГэВ и экспериментально обнаружить новое состояние сильновзаимодействующего вещества – кварк-глюонную плазму (КГП). Дальнейшие эксперименты на коллайдере LHC (ЦЕРН) при еще больших энергиях взаимодействия до 5 ТэВ подтвердили открытия, сделанные на RHIC. Исследования на RHIC и LHC позволили изучить фазовую диаграмму состояния сильновзаимодействующей материи в области больших температур и нулевых барионных химических потенциалов и внесли важный вклад в развитие экспериментальных методов ее изучения. Согласно теоретическим предсказаниям при больших барионных плотностях и умеренных температурах также должен происходить фазовый переход в состояние плазмы, но это уже будет переход первого рода, который оканчивается критической точкой. Данная область фазовой диаграммы слабо изучена. Добраться до нее можно путем уменьшения энергии взаимодействия ядер. Предполагается, что максимальная барионная плотность будет наблюдаться во взаимодействиях тяжелых ядер при энергиях √SNN = 5-10 ГэВ. Именно это диапазон энергий будет доступен для изучения на ускорителе NICA. Аналогичные программы исследований также в настоящее время реализуются в рамках программ сканирования по энергии взаимодействия ядер на коллайдере RHIC и синхротроне SPS, а также в эксперименте CBM (Compressed Baryonic Matter) на ускорителе FAIR (Германия). Отличительной особенностью эксперимента MPD на коллайдере NICA является возможность накопления больших интегральных светимостей по сравнению с другими экспериментами, что может позволить провести более дифференцированные и точные измерения предсказанных сигнатур образования нового состояния материи. Являясь коллайдерным экспериментом, детектор MPD также обладает большим и симметричным аксептансом, что представляет преимущества при изучении некоторых сигнатур фазового перехода, таких как флуктуации и потоки.
Для ПИЯФ участие в проекте NICA-MPD является логическим продолжением экспериментальных исследований, проводимых в экспериментах PHENIX и ALICE на коллайдерах RHIC и LHC, соответственно. Сотрудники ПИЯФ разработали, создали и поставили в Дубну уникальную газовую систему для основного трекового детектора эксперимента MPD – время-проекционной камеры ТРС, имеющей рабочий объем ~20 м3. Сотрудники также вовлечены в разработку алгоритмов и программного обеспечения для восстановления сигналов в электромагнитном калориметре ECAL, модельные расчеты и разработку методик для исследования различных физических явлений, таких как рождение короткоживущих резонансов, прямых фотонов, дилептонного континуума, идентифицированных адронов и векторных мезонов в различных сталкивающихся системах. Помимо этого, ведутся работы с целью теоретического и экспериментального исследования компонентов малого размера нуклонной волновой функции и выявления эффекта прозрачности ядерной материи в кинематике протон-нуклонных столкновений при энергиях ускорителя NICA. В дальнейшем, ПИЯФ может принять участие в эксплуатации детектора и физическом анализе экспериментальных данных. Важным вкладом также может стать участие в обновлении экспериментальной установки, разработке и созданию камер для измерения сигналов в области больших быстрот.
Более подробная информация в презентации "NICA: Nuclotron-based Ion Collider Facility" (ПИЯФ).
Об участии ОФВЭ ПИЯФ в эксперименте MPD на коллайдере NICA - смотрите в презентациях с зимней сессии ОФВЭ 2022 года: "Статус эксперимента MPD-NICA" (В.Г. Рябов, ЛРЯФ ОФВЭ).
"Участие ОФВЭ в эксперименте MPD-NICA" (Михаил Малаев, ЛРЯФ ОФВЭ).
"Перспективы исследования экстремальных состояний ядерного вещества в эксперименте MPD на ускорителе NICA" (смотрите страницы 107-108 в Сборнике ПИЯФ 2023 ).
Руководитель группы ПИЯФ: Г.Д.Алхазов
Эксперимент D0 является одним из двух экспериментов, выполняемых на протон – антипротонном коллайдере Тэватрон в Фермилаб (США). ПИЯФ присоединился к коллаборации D0 в 1996 году на стадии модернизации детектора D0. Основной вклад ПИЯФ в рамках этой программы состоял в проектировании и производстве системы считывания электроники (50 000 каналов) для вновь строящегося концевого мюонного детектора.
Группа ПИЯФ ответственна за поддержание работоспособности этой системы при проведении эксперимента. Помимо этого ПИЯФ принимает участие в анализе данных.
(Более подробная информация "EXPERIMENT D0: RECENT RESULTS AND JETS WITH LARGE RAPIDITY SEPARATION" в сборнике "ОФВЭ в 2013-2018" - страница 134-145
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: А.В.Ханзадеев
Широкий спектр фундаментальных физических явлений характерен для исследования свойств ядерной материи при барионных плотностях в несколько раз превышающих ядерную плотность и сравнительно низких температурах до 10 – 100 МэВ. В этой области может возникать смешанное состояние кварковой и барионной материй, происходить фазовый переход с восстановлением киральности и переход в фазу кварковой материи, могут существовать пространственно-неоднородные фазы типа «кристалл». Весь спектр этих состояний характерен для физики внутренних слоев и коры нейтронных звезд.
Формирование состояния ядерной материи с высокой барионной плотностью в лаборатории возможно, используя столкновения пучков тяжелых ионов с энергиями в интервале (2 – 10) ГэВ/нуклон. Именно на исследования в этой области нацелены эксперимент MPD на строящемся коллайдере NICA (ОИЯИ, г. Дубна) и эксперимент CBM на ионных пучках будущего ускорительного комплекса FAIR (GSI, Германия).
Центр по исследованию антипротонов и ионов FAIR – это строящийся в г. Дармштадт, Германия, уникальный исследовательский центр. Комплекс будет состоять из линейного ускорителя, действующего ускорителя проекта SIS18, накопительных колец и ускорителя SIS100, который в последствии будет модернизирован (проект SIS300). Пучок будет выводится в различные экспериментальные залы для проведения соответствующих экспериментов. FAIR является эволюцией существующего научного центра по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца GSI и значительно расширит его возможности...
Одновременно, начиная с 2003 года ПИЯФ участвует в разработке и создании мюонного спектрометра MuCh и кольцевого черенковского детектора RICH для эксперимента СВМ. Для реализации физической программы эксперимента CBM регистрация и идентификация лептонов в области малых поперечных импульсов является критичной. Поэтому к детекторам RICH и MuCh предъявляются жесткие требования, а их проектирование и изготовление является сложной задачей, требующей привлечения квалифицированных специалистов и специализированных производств...
Подробнее об исследованиях CBM можно узнать из файла "CBM_v1.pdf".
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте CBM в статье сборника "ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 362-369).
Руководитель группы ПИЯФ: В.М.Самсонов
Эксперимент PHENIX, проводимый в BNL (США) на коллайдере RHIC, предназначен для наблюдения широкого набора физических процессов, происходящих в ядро – ядро столкновениях при энергии каждого из сталкивающихся ядер – 100 ГэВ/нуклон. Наиболее важный вклад ПИЯФ в этот эксперимент состоял в проектировании и создании специальной дрейфовой камеры, которая является основной центральной трековой системой детектора PHENIX. Группа ПИЯФ активно участвует в проведении эксперимента и анализе данных.
(Информация об исследованиях, в которых активно участвует ПИЯФ, в статье "Study of light vector mesons at RHIC by PHENIX" в сборнике " Main scientific activities of High Energy Physics Division in 2002-2006" - страница 91) и в статье "EXPERIMENT PHENIX AT RHIC" в сборнике "Main scientific activities of High Energy Physics Division in 2007-2012" - страница 84-91).
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: С.Л.Белостоцкий
Эксперимент HERMES в DESY (Германия) посвящен изучению спиновой структуры протона и нейтрона на поляризованных электрон-позитронных пучках с энергией 27.5 ГэВ ускорителя HERA и водородной газовой мишени. Группа ПИЯФ вовлечена в этот эксперимент с момента его постановки. В частности, ПИЯФ установил в магнитный спектрометр детектора HERMES многонитяные пропорциональные камеры. В анализе данных группа ПИЯФ сконцентрировала свои усилия на изучении рождения странных частиц в -ер -соударениях.
(Информация о некоторых результатах эксперимента HERMES в статье "HERMES experiment at DESY")
и в статье "SELECTED PHYSICS RESULTS FROM THE HERMES EXPERIMENT" в сборнике "Main scientific activities of High Energy Physics Division in 2007-2012" - страница 114-119).
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: Г.Д.Алхазов
Эксперимент Е781 в Фермилаб (США) посвящен изучению процессов рождения очарованных барионов на выведенном пучке гиперонов с энергией 600 ГэВ.
Вклад ПИЯФ в планирование эксперимента и создание установки был очень существенным.
Так, в ПИЯФ были изготовлены детекторы переходного излучения для идентификации частиц, пропорциональные камеры для трековой системы, электроника считывания информации с пропорциональных камер и вершинного детектора, быстрая триггерная система, а также и некоторое другое оборудование. Группа ПИЯФ принимала активное участие в проведении эксперимента и анализе данных.
(Информация о последних результатах эксперимента SELEX в статье "New results from SELEX" в сборнике
" Main scientific activities of High Energy Physics Division in 2002-2006" - страница 76).
Публикации смотрите здесь.
Руководитель группы ПИЯФ: А.А.Воробьев
Эксперимент L3 – это один из четырех коллайдерных экспериментов на ускорителе электронов и позитронов LEP в (ЦЕРНе). ПИЯФ внес важный вклад в разработку и создание детектора L3. В частности, концевые (End Cap) трекеры (FTC) были разработаны и изготовлены в ПИЯФ. Группа ПИЯФ участвовала в создании Мюонной Системы и Электромагнитного Калориметра, обеспечила L3 водоохлаждаемыми стойками для всей электроники L3 и поставила также другое оборудование. Группа ПИЯФ принимала активное участие в эксперименте и анализе данных.
(Информация о результатах эксперимента L3 в статье "RECENT RESULTS OF THE L3 COLLABORATION (CERN)" в сборнике " Main scientific activities of High Energy Physics Division in 1997-2001").
Публикации смотрите здесь.